JP2012088470A - Method for manufacturing liquid crystal display element, and liquid crystal display element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示素子の製造方法及び液晶表示素子に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a liquid crystal display element and a liquid crystal display element.
従来、テレビやモニター、カメラなど多くの表示体(表示装置)に液晶パネルが用いられている。液晶パネル(液晶表示装置)は、一対の基板に画素電極と共通電極とを形成し、これら電極間に液晶層を挟持するとともに、各基板の内面側、すなわち各電極の液晶層側に、それぞれ配向膜を形成したものである。 Conventionally, liquid crystal panels are used in many display bodies (display devices) such as televisions, monitors, and cameras. In a liquid crystal panel (liquid crystal display device), a pixel electrode and a common electrode are formed on a pair of substrates, a liquid crystal layer is sandwiched between the electrodes, and the inner surface side of each substrate, that is, the liquid crystal layer side of each electrode, An alignment film is formed.
このような構成の液晶パネルにあっては、種々の特性向上が求められているが、その信頼性を高めることも課題の一つとなっている。特に、プロジェクターに使用する液晶パネルは高温環境下で高輝度に駆動する必要があるため、近年では、これに対応するべく配向膜をSiO2などの無機材料で形成したものが製品化されている。SiO2などの無機材料からなる配向膜の形成方法としては、斜方蒸着などの真空装置を用いた真空プロセスで行うのが一般的である。 The liquid crystal panel having such a structure is required to improve various characteristics, but increasing its reliability is also an issue. In particular, a liquid crystal panel used in a projector needs to be driven with high brightness under a high temperature environment, and in recent years, a product in which an alignment film is formed of an inorganic material such as SiO 2 has been commercialized to cope with this. . As a method for forming an alignment film made of an inorganic material such as SiO 2 , it is generally performed by a vacuum process using a vacuum apparatus such as oblique deposition.
ところで、このような無機材料からなる配向膜についても、例えばその耐久性向上を目的として、SiO2膜の表面をシランカップリング剤などでアルキル化処理することが提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
また、近年では、コストの低減化を目的として、一対の基板のうちの一方の基板の配向膜は真空プロセスによる無機材料膜で形成するものの、他方の配向膜については、アルキル鎖を有するSiO2系の塗布材料を用いて塗布プロセスで形成する方法も提案されている(例えば、特許文献3参照)。
By the way, with respect to an alignment film made of such an inorganic material, for example, for the purpose of improving its durability, it has been proposed to alkylate the surface of the SiO 2 film with a silane coupling agent (for example, Patent Documents). 1, see Patent Document 2).
In recent years, for the purpose of cost reduction, the alignment film of one of the pair of substrates is formed of an inorganic material film by a vacuum process, but the other alignment film is SiO 2 having an alkyl chain. A method of forming by a coating process using a system coating material has also been proposed (see, for example, Patent Document 3).
しかしながら、前記特許文献3のように一方の配向膜を真空プロセスで形成し、他方の配向膜を塗布プロセスで形成すると、一対の基板間で配向膜が異なることにより、これら配向膜間で帯電状態に差が生じ、基板間(電極間)の電圧が経時的に変化してしまう。すると、一方の電極側にバイアスがかかったような状態になり、表示特性が経時的に変化して信頼性を損なってしまう。 However, when one alignment film is formed by a vacuum process and the other alignment film is formed by a coating process as in Patent Document 3, the alignment film is different between a pair of substrates, so that a charged state is generated between these alignment films. This causes a difference in voltage between the substrates (between the electrodes). As a result, a bias is applied to one of the electrodes, and the display characteristics change with time, thereby impairing reliability.
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、コストの低減化を図りつつ、一対の基板間(電極間)での経時的な電圧変化を抑制し、信頼性を高めた液晶表示素子とその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances. The object of the present invention is to suppress the voltage change with time between a pair of substrates (between electrodes) while reducing the cost, and to improve reliability. An object of the present invention is to provide an enhanced liquid crystal display device and a method for manufacturing the same.
本発明者は前記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を得た。
一対の基板間(電極間)で経時的に電圧が変化するのは、基板間で配向膜が異なることによって一方の配向膜側にイオン性不純物が徐々に溜まっていき、これによって電荷が蓄積され、配向膜間で帯電状態に差が生じると考えられる。
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventor has obtained the following knowledge.
The voltage changes over time between a pair of substrates (between electrodes) because the ionic impurities gradually accumulate on one alignment film side due to the difference in alignment film between the substrates, thereby accumulating charges. It is considered that a difference in charged state occurs between the alignment films.
そして、このようにイオン性不純物が除々に溜まっていく原因としては、SiO2膜を真空プロセスで形成し、その後このSiO2膜の表面をシランカップリング剤でアルキル化処理して配向膜とした際に、SiO2膜の表面にシラノール基が多く残ってしまうことによると考えた。すなわち、この残ったシラノール基が活性点となってここにイオン性不純物が反応し、付着することにより、結果的に電荷が蓄積されると考えた。 The reason why the ionic impurities gradually accumulate in this way is that the SiO 2 film is formed by a vacuum process, and then the surface of this SiO 2 film is alkylated with a silane coupling agent to form an alignment film. At this time, it was considered that many silanol groups remained on the surface of the SiO 2 film. That is, the remaining silanol group became an active site, and ionic impurities reacted and adhered thereto, and as a result, it was considered that charges were accumulated.
そこで、本発明の液晶表示素子の製造方法は、対向する一対の基板間に挟持された液晶層を備え、前記一対の基板と前記液晶層との間にそれぞれ配向膜が設けられた液晶表示素子の製造方法であって、
前記一対の基板のうちの一方の基板の前記液晶層側に、塗布プロセスによって直鎖アルキル鎖を有した第1の配向膜を形成する工程と、
前記一対の基板のうちの他方の基板の前記液晶層側に、真空プロセスによって無機配向層を形成し、その後前記無機配向層をシランカップリング剤で表面処理して第2の配向膜を形成する工程と、を備え、
前記第2の配向膜を形成する工程は、前記無機配向層を、直鎖アルキル鎖を有した第1のシランカップリング剤で表面処理する工程と、その後、直鎖アルキル鎖を有し、かつ加水分解基を一つだけ有する第2のシランカップリング剤で表面処理する工程と、を備えていることを特徴としている。
Therefore, the method for manufacturing a liquid crystal display element according to the present invention includes a liquid crystal layer sandwiched between a pair of opposing substrates, and an alignment film is provided between the pair of substrates and the liquid crystal layer. A manufacturing method of
Forming a first alignment film having a linear alkyl chain on the liquid crystal layer side of one of the pair of substrates by a coating process;
An inorganic alignment layer is formed on the liquid crystal layer side of the other of the pair of substrates by a vacuum process, and then the inorganic alignment layer is surface-treated with a silane coupling agent to form a second alignment film. A process,
The step of forming the second alignment film includes a step of surface-treating the inorganic alignment layer with a first silane coupling agent having a linear alkyl chain, and thereafter having a linear alkyl chain, and And a surface treatment with a second silane coupling agent having only one hydrolyzable group.
この液晶表示素子の製造方法によれば、真空プロセスによって形成した無機配向層に対し、第1のシランカップリング剤で表面処理し、その後、加水分解基を一つだけ有する第2のシランカップリング剤で表面処理して第2の配向膜を形成するので、例えばSiO2膜からなる無機配向層に第1のシランカップリング剤で表面処理した後、SiO2膜の表面にシラノール基が多く残ってしまっても、その後第2のシランカップリング剤で表面処理するので、残存したシラノール基に第2のシランカップリング剤を反応させることで活性点となる残存シラノール基を十分に少なくすることができる。 According to this method for manufacturing a liquid crystal display element, the inorganic alignment layer formed by the vacuum process is surface-treated with the first silane coupling agent, and then the second silane coupling having only one hydrolyzable group. since forming the second alignment film surface treated with agents, for example, by surface treatment with a first silane coupling agent in the inorganic alignment layer made of SiO 2 film, still many silanol groups on the surface of the SiO 2 film Even then, since the surface treatment is performed with the second silane coupling agent, the remaining silanol groups as active sites may be sufficiently reduced by reacting the second silane coupling agent with the remaining silanol groups. it can.
また、第1のシランカップリング剤が加水分解基を複数有している場合、この第1のシランカップリング剤には、SiO2膜表面のシラノール基と反応した加水分解基とは別の加水分解基を有しているため、この加水分解基が新たにシラノール基となることがある。しかし、このような第1のシランカップリング剤由来のシラノール基に対しても、第2のシランカップリング剤が反応するため、活性点となる残存シラノール基を少なくすることができる。
さらに、第2のシランカップリング剤は加水分解基を一つだけ有しているため、この加水分解基がSiO2膜表面のシラノール基や第1のシランカップリング剤由来のシラノール基に反応した後には、この第2のシランカップリング剤由来の新たなシラノール基は形成されなくなる。
したがって、第2の配向膜にシラノール基が多く残存し、これに起因して一対の基板間(電極間)で経時的な電圧変化が生じるのを抑制することができる。
In addition, when the first silane coupling agent has a plurality of hydrolyzing groups, the first silane coupling agent includes a hydrolyzing group different from the hydrolyzing group that has reacted with the silanol group on the surface of the SiO 2 film. Since it has a decomposable group, this hydrolyzable group may be a new silanol group. However, since the second silane coupling agent reacts with such a silanol group derived from the first silane coupling agent, it is possible to reduce the residual silanol group serving as an active site.
Furthermore, since the second silane coupling agent has only one hydrolyzing group, this hydrolyzing group reacted with the silanol group on the SiO 2 film surface or the silanol group derived from the first silane coupling agent. Later, no new silanol group derived from the second silane coupling agent is formed.
Therefore, many silanol groups remain in the second alignment film, and it is possible to suppress the voltage change with time between the pair of substrates (between the electrodes) due to this.
また、前記液晶表示素子の製造方法においては、前記第2のシランカップリング剤の直鎖アルキル鎖の炭素数が、前記第1のシランカップリング剤の直鎖アルキル鎖の炭素数より少ないことが好ましい。
このようにすれば、無機配向層に付着した第1のシランカップリング剤に対して第2のシランカップリング剤が立体障害を起こすことなく、無機配向層に容易に反応し付着するようになる。
In the method for producing a liquid crystal display element, the carbon number of the linear alkyl chain of the second silane coupling agent may be less than the carbon number of the linear alkyl chain of the first silane coupling agent. preferable.
In this way, the second silane coupling agent easily reacts and adheres to the inorganic alignment layer without causing steric hindrance to the first silane coupling agent attached to the inorganic alignment layer. .
また、前記液晶表示素子の製造方法においては、前記第2のシランカップリング剤で表面処理する工程での処理温度が、前記第1のシランカップリング剤で表面処理する工程での処理温度より低いことが好ましい。
このようにすれば、第2のシランカップリング剤で表面処理した際、無機配向層から第1のシランカップリング剤由来の化合物が脱離してしまうことが防止される。
Moreover, in the manufacturing method of the liquid crystal display element, the treatment temperature in the step of surface treatment with the second silane coupling agent is lower than the treatment temperature in the step of surface treatment with the first silane coupling agent. It is preferable.
In this way, when the surface treatment is performed with the second silane coupling agent, the compound derived from the first silane coupling agent is prevented from being detached from the inorganic alignment layer.
本発明の液晶表示素子は、対向する一対の基板間に挟持された液晶層を備え、前記一対の基板と前記液晶層との間にそれぞれ配向膜が設けられた液晶表示素子であって、
前記一対の基板のうちの一方の基板の前記液晶層側に、塗布プロセスによって形成された直鎖アルキル鎖を有する第1の配向膜を有し、前記一対の基板のうちの他方の基板の前記液晶層側に、第2の配向膜を有してなり、
前記第2の配向膜は、真空プロセスによって形成された無機配向層が、直鎖アルキル鎖を有した第1のシランカップリング剤で表面処理され、その後、直鎖アルキル鎖を有し、かつ加水分解基を一つだけ有する第2のシランカップリング剤で表面処理されてなることを特徴としている。
The liquid crystal display element of the present invention is a liquid crystal display element comprising a liquid crystal layer sandwiched between a pair of opposing substrates, and an alignment film provided between the pair of substrates and the liquid crystal layer,
A first alignment film having a linear alkyl chain formed by a coating process is provided on the liquid crystal layer side of one of the pair of substrates, and the other of the pair of substrates has the first alignment film. It has a second alignment film on the liquid crystal layer side,
In the second alignment film, an inorganic alignment layer formed by a vacuum process is surface-treated with a first silane coupling agent having a linear alkyl chain, and then has a linear alkyl chain and is hydrolyzed. It is characterized by being surface treated with a second silane coupling agent having only one decomposing group.
この液晶表示素子によれば、真空プロセスによって形成された無機配向層が第1のシランカップリング剤で表面処理され、その後、加水分解基を一つだけ有する第2のシランカップリング剤で表面処理されてなる第2の配向膜を有しているので、この第2の配向膜は、活性点となる残存シラノール基が十分に少なくなっている。
また、第1のシランカップリング剤由来のシラノール基に対しても、第2のシランカップリング剤が反応しているため、活性点となる残存シラノール基が少なくなっている。
さらに、第2のシランカップリング剤は加水分解基を一つだけ有しているため、この加水分解基がSiO2膜表面のシラノール基や第1のシランカップリング剤由来のシラノール基に反応した後には、この第2のシランカップリング剤由来の新たなシラノール基は形成されない。
したがって、第2の配向膜にシラノール基が多く残存し、これに起因して一対の基板間(電極間)で経時的な電圧変化が生じるのが抑制されたものとなる。
According to this liquid crystal display element, the inorganic alignment layer formed by the vacuum process is surface-treated with the first silane coupling agent, and then the surface treatment with the second silane coupling agent having only one hydrolyzable group. Since the second alignment film is formed, the second alignment film has a sufficient number of residual silanol groups serving as active sites.
Moreover, since the 2nd silane coupling agent has reacted also with respect to the silanol group derived from the 1st silane coupling agent, the residual silanol group used as an active site has decreased.
Furthermore, since the second silane coupling agent has only one hydrolyzing group, this hydrolyzing group reacted with the silanol group on the SiO 2 film surface or the silanol group derived from the first silane coupling agent. Later, a new silanol group derived from the second silane coupling agent is not formed.
Therefore, a large number of silanol groups remain in the second alignment film, and the change in voltage with time between the pair of substrates (between the electrodes) due to this is suppressed.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、各図においては、各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせてある。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each figure, the scale is different for each member in order to make each member recognizable on the drawing.
図1は、本発明に係る液晶表示装置の一例を示す側断面図であり、図1中符号1は液晶表示装置である。この液晶表示装置1は、多数の液晶表示素子を有したもので、素子基板10と、素子基板10に対向して配置された対向基板20と、これら一対の基板10、20間に挟持された液晶層30とを備えて構成されたものである。なお、この液晶表示装置1は透過型であり、対向基板20側が光の入射側、素子基板10側が光の出射側となっている。
FIG. 1 is a side sectional view showing an example of a liquid crystal display device according to the present invention, and reference numeral 1 in FIG. 1 denotes a liquid crystal display device. This liquid crystal display device 1 has a large number of liquid crystal display elements, and is sandwiched between an
素子基板10は、本発明における他方の基板となる透明基板10Aを基体としたもので、アクティブマトリクス型のものである。透明基板10Aの液晶層30側には、素子形成層11が設けられている。素子形成層11の詳細な構造については図示しないものの、素子形成層11は、薄膜トランジスター(TFT)等のスイッチング素子、データ線や走査線等の各種配線等を有して構成されている。TFTは、データ線を介して画像信号の供給源と電気的に接続されており、走査線を介して制御信号の供給源と電気的に接続されている。
The
素子形成層11における液晶層30側には、ITOからなる島状の画素電極12が複数形成されており、これら画素電極12は前記TFTと電気的に接続されている。また、素子形成層11上には、画素電極12を覆って第2の配向膜13が設けられている。透明基板10Aの液晶層30と反対側には偏光板14が設けられている。
A plurality of island-shaped
対向基板20は、本発明における一方の基板となる透明基板20Aを基体としたものである。透明基板20Aの液晶層30側には、ITOからなる共通電極21が設けられており、共通電極21の液晶層30側には、第1の配向膜22が設けられている。また、透明基板20Aの液晶層30と反対側には、偏光板23が設けられている。
The
このような構成からなる液晶表示装置1において、素子基板10及び対向基板20と、一つの画素電極12とこれに対応する共通電極21の一部、さらにこれら画素電極12と共通電極21の一部との間に配置された第2の配向膜13、液晶層30、第1の配向膜22とにより、本発明の液晶表示素子が形成されている。
なお、第2の配向膜13及び第1の配向膜22は、液晶層30の液晶分子の配向を制御するものであり、詳細については後述する。
In the liquid crystal display device 1 having such a configuration, the
The
この液晶表示装置1にあっては、素子形成層11のTFTに制御信号が伝達されるとこれがオンとなり、画素電極12に画像信号が伝達される。すると、画素電極12と共通電極21との間に画像信号に応じた電界が印加され、この電界により液晶分子の方位角が制御される。このような状態で対向基板20から入射した光は、偏光板23により直線偏光になり、液晶層30により変調されて偏光状態が変化する。変調された光は、その一部が偏光状態に応じて偏光板14に吸収されて所定の階調を示す光となり、素子基板10側から射出される。
In the liquid crystal display device 1, when a control signal is transmitted to the TFT of the
対向基板20側の第1の配向膜22は、例えば図2(a)に示すように特定の方位角を持たない、すなわちほぼ垂直配向を呈する配向膜であって、図2(b)に示すように共通電極21の表面を直鎖アルキル鎖R1で修飾したものである。この第1の配向膜22は、配向膜形成材料をスピンコートやフレキソ印刷などの塗布プロセスによって、基板本体20A上に塗布されることで形成されている。
The
配向膜形成材料としては、自己組織化する化合物、すなわち共通電極21に対して化学吸着(結合)する反応基(例えば、加水分解してシラノール基を与えるアルコキシ基)と、液晶分子の配向を規制する部位(例えば、炭素原子数10〜20のアルキル基からなる前記R1)とを有するシリコン系化合物や、有機シランなどが用いられている。 As the alignment film forming material, a self-assembled compound, that is, a reactive group that is chemisorbed (bonded) to the common electrode 21 (for example, an alkoxy group that hydrolyzes to give a silanol group) and the alignment of liquid crystal molecules are regulated. A silicon-based compound having a site to be formed (for example, the R1 composed of an alkyl group having 10 to 20 carbon atoms), an organic silane, or the like is used.
素子基板10側の第2の配向膜13は、図3(a)、(b)に示すように、無機配向層15と表面層16とからなっている。無機配向層15は、無機配向膜形成材料が斜方蒸着法によって基板本体10A上に蒸着させられたことにより、形成されている。無機配向膜形成材料としては、SiO2もしくはSiOの珪素酸化物が用いられている。
The
表面層16は、無機配向層15上に形成されたもので、図3(b)に示すように無機配向層15のシラノール基(Si−OH)と反応して結合した直鎖アルキル鎖R2を有する第1の表面層16Aと、無機配向層15のシラノール基や第1の表面層16Aのシラノール基と反応して結合した直鎖アルキル鎖R3を有する第2の表面層16Bと、からなっている。ただし、第2の表面層16Bは、その一部が無機配向層15に直接結合していることから、これら第1の表面層16Aと第2の表面層16Bとは、単純に積層されたものでなく、互いに混在した状態で形成されている。
The
第1の表面層16A及び第2の表面層16Bを構成する直鎖アルキル鎖R2、R3は、斜方蒸着させられてなる無機配向層15の表面形状をおおまかに反映している。すなわち、直鎖アルキル鎖R2、R3は、無機配向層15の形状にほぼ沿って延在(結合)することにより、無機配向層15とほぼ同様のプレチルト(液晶分子の配向規制力)を有するようになっている。
なお、これら第1の表面層16A、第2の表面層16Bは、後述するように無機配向層15に対してシランカップリング剤で表面処理されたことにより、形成されている。
The linear alkyl chains R2 and R3 constituting the
The
次に、前記構成からなる液晶表示装置の製造方法について説明する。
まず、ガラス等からなる透明基板20Aを用意し、これに遮光膜(図示略)及び共通電極21を公知の方法で形成する。
続いて、共通電極21上に第1の配向膜22を形成し、対向基板20を得る。第1の配向膜22を形成するには、直鎖アルキル基(直鎖アルキル鎖R1)を含むシリコン系化合物からなる配向膜形成材料を、スピンコートやフレキソ印刷などの塗布プロセスによって対向基板20上に塗布することで行う。このように配向膜形成材料をITOからなる共通電極21上に塗布すると、ITO表面の水酸基とアルコキシル基等の反応基(加水分解基)との反応により、透明基板20A上に共通電極21を覆った状態で自己組織化単分子膜(SAM)が形成される。
Next, a manufacturing method of the liquid crystal display device having the above configuration will be described.
First, a
Subsequently, the
具体的には、基板本体20A上に、N2雰囲気下でオクタデシルトリメトキシシランのメタノール溶液を塗布することにより、直鎖アルキル鎖となるアルキル基(オクタデシル基)を有するSAMを、共通電極21上に形成することができる。このようにして、基板本体20A上に、主鎖骨格がSiからなる有機−無機ハイブリッド構造の第1の配向膜22が得られる。
なお、塗布プロセスとしては、上記以外の種々の方法が採用可能であり、例えば浸漬法(ディップコート法)、スプレーコート法、各種印刷法、さらにはインクジェット法等が採用可能である。
Specifically, a SAM having an alkyl group (octadecyl group) that becomes a linear alkyl chain is applied on the
As the coating process, various methods other than those described above can be employed. For example, an immersion method (dip coating method), a spray coating method, various printing methods, and an ink jet method can be employed.
また、ガラス等からなる透明基板10Aを用意し、これに遮蔽膜、半導体層、走査線やデータ線などの各種配線(いずれも不図示)及び画素電極12等を公知の方法で形成する。続いて、図4(a)に示すように、画素電極12上に真空成膜装置を用いた真空プロセスでSiO2の斜方蒸着を行い、無機配向層15を形成する。具体的には、真空成膜装置内において、透明基板10Aをその被成膜面と該被成膜面に対する成膜材料の入射方向とのなす角度(入射角度)が90度未満となるように設定する。その結果、被成膜面に成膜材料(SiO2)の斜方結晶が成長し、所望の斜方柱状構造(プレチルト)を有する膜を形成することができる。このようにして透明基板10Aに無機配向層15を形成した後、該無機配向層15に表面処理を行い、素子基板10を形成する。
Also, a
表面処理は、まず、無機配向層15を形成した透明基板10Aを、直鎖アルキル基(直鎖アルキル鎖)を有した第1のシランカップリング剤によって処理する。ここで、シランカップリング剤とは、一分子中に有機官能基と加水分解基とを有したもので、これによって無機物と有機物を結び付け、材料の物理的強度や耐久性、接着性などの向上を可能にするものである。そして、前記第1のシランカップリング剤としては、珪素原子(Si)に一つの有機官能基と、無機物と反応する官能基(加水分解基)とを有したもので、以下の式1によって表されるものが用いられる。
YSiX3 …(式1)
X:珪素原子に結合している加水分解基で、−OR、−Cl、−NR2、など(ただし、Rはアルキル基を示す)
Y:有機マトリックスなどと反応する有機官能基で、アルキル基(−R)
In the surface treatment, first, the
YSiX 3 (Formula 1)
X: a hydrolytic group bonded to a silicon atom, —OR, —Cl, —NR 2 , etc. (where R represents an alkyl group)
Y: an organic functional group that reacts with an organic matrix, etc., and an alkyl group (—R)
使用する第1のシランカップリング剤としては、有機官能基が良好な撥水性や耐光性を有するものであればよい。具体的には、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ドデシルトリエトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシランなどが使用可能である。特に、良好な撥液性を発揮するうえでは、有機官能基(Y)であるアルキル基(前記直鎖アルキル基R2)が長いものが好ましく、デシルトリメトキシシラン(C10H21Si(OCH3)3)が好適に用いられる。なお、前記シランカップリング剤において、加水分解基をアルコキシ基に代えて(−OR)、(−Cl)、(−NR2)などとしたものも、使用可能である。 The first silane coupling agent to be used may be any organic functional group having good water repellency and light resistance. Specifically, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, propyltrimethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, octyltrimethoxysilane, decyltrimethoxysilane, dodecyltriethoxysilane, Octadecyltrimethoxysilane or the like can be used. In particular, in order to exhibit good liquid repellency, preferably having an alkyl group (wherein the linear alkyl group R2) long is an organic functional group (Y), decyl trimethoxysilane (C 10 H 21 Si (OCH 3 3 ) is preferably used. In addition, in the said silane coupling agent, what changed (-OR), (-Cl), (-NR < 2 >) etc. into the hydrolyzable group instead of the alkoxy group can also be used.
このような第1のシランカップリング剤による表面処理としては、気相法が好適に採用される。具体的には、無機配向層15を形成した透明基板10Aと、第1のシランカップリング剤を入れた容器とをチャンバーに入れ、チャンバー内を閉空間とする。そして、チャンバー内を加熱し、第1のシランカップリング剤の蒸発を促進することにより、この第1のシランカップリング剤の蒸気を無機配向層15表面に接触させ、反応させる。例えば、第1のシランカップリング剤としてデシルトリメトキシシランを用い、チャンバー内を175℃に加熱して表面処理を行う。これにより、図4(b)に示すように無機配向層15表面のシラノール基と第1のシランカップリング剤の加水分解基(メトキシ基)とが反応し、第1のシランカップリング剤が付着することにより、無機配向層15表面に直鎖アルキル鎖R2(デシル基)を有する第1の表面層16Aが形成される。
As the surface treatment with such a first silane coupling agent, a vapor phase method is preferably employed. Specifically, the
しかしながら、このように比較的長いアルキル基R2を有する第1のシランカップリング剤を無機配向層15に反応させ、その表面に付着させても、アルキル基による立体障害などにより、無機配向層15表面のシラノール基全てをシランカップリング剤と反応させるのは困難である。したがって、一部のシラノール基は未反応のシラノール基、すなわち活性点として無機配向層15の表面に残存する。また、第1のシランカップリング剤は、前記したように加水分解基(メトキシ基)を三つ有しているため、そのうちの一部はOH化され、新たなシラノール基、つまり第1のシランカップリング剤由来のシラノール基となる。
However, even if the first silane coupling agent having the relatively long alkyl group R2 is reacted with the
無機配向層15に対する表面処理として、次には、第1のシランカップリング剤で表面処理した透明基板10Aを、直鎖アルキル基(直鎖アルキル鎖)を有した第2のシランカップリング剤によって表面処理する。第2のシランカップリング剤としては、第1のシランカップリング剤と異なり、以下の式2によって表されるものが用いられる。
Y3SiX …(式2)
なお、X、Yの各基は、前記式1と同じであり、Xは加水分解基、Yはアルキル基である。
As the surface treatment for the
Y 3 SiX (Formula 2)
In addition, each group of X and Y is the same as the said Formula 1, X is a hydrolysis group, Y is an alkyl group.
式2に示したように、第2のシランカップリング剤は加水分解基を一つだけ有し、他の基をアルキル基としたものである。具体的には、トリメチルメトキシシラン、ビニルオキシトリメチルシラン、ビニルオキシトリエチルシラン、トリエチルメトキシシラン、トリエチルエトキシシラン、オクチルジメチルメトキシシラン、オクタデシルジメチルメトキシシランなどが使用可能である。なお、前記シランカップリング剤において、加水分解基をアルコキシ基に代えて(−OR)、(−Cl)、(−NR2)などとしたものも、使用可能である。 As shown in Formula 2, the second silane coupling agent has only one hydrolyzable group and the other group is an alkyl group. Specifically, trimethylmethoxysilane, vinyloxytrimethylsilane, vinyloxytriethylsilane, triethylmethoxysilane, triethylethoxysilane, octyldimethylmethoxysilane, octadecyldimethylmethoxysilane and the like can be used. In addition, in the said silane coupling agent, what changed (-OR), (-Cl), (-NR < 2 >) etc. into the hydrolyzable group instead of the alkoxy group can also be used.
また、この第2のシランカップリング剤としては、その直鎖アルキル鎖の炭素数が、前記第1のシランカップリング剤の直鎖アルキル鎖の炭素数より少ないものを用いるのが好ましい。これは、無機配向層15に付着した第1のシランカップリング剤に対して、第2のシランカップリング剤が立体障害を起こすことなく、無機配向層15表面に残存したシラノール基に反応し易くするためである。本実施形態では、ビニルオキシトリエチルシランが好適に用いられる。
Moreover, as this 2nd silane coupling agent, it is preferable to use what the carbon number of the linear alkyl chain is less than the carbon number of the linear alkyl chain of the said 1st silane coupling agent. This is because the second silane coupling agent does not cause steric hindrance to the first silane coupling agent attached to the
このような第2のシランカップリング剤による表面処理としては、第1のシランカップリング剤による表面処理と同様に、気相法が好適に採用される。具体的には、第1のシランカップリング剤による表面処理を行った透明基板10Aを洗浄し、さらに乾燥した後、この透明基板10Aを、第1のシランカップリング剤による表面処理と同様に、第2のシランカップリング剤を入れた容器と共にチャンバーに入れ、チャンバー内を閉空間とする。そして、チャンバー内を加熱し、第2のシランカップリング剤の蒸発を促進することにより、この第2のシランカップリング剤の蒸気を、第1のシランカップリング剤による表面処理を行った無機配向層15表面に接触させ、反応させる。
As such a surface treatment with the second silane coupling agent, a vapor phase method is suitably employed as in the surface treatment with the first silane coupling agent. Specifically, after the
例えば、第2のシランカップリング剤としてビニルオキシトリエチルシランを用い、チャンバー内を130℃に加熱して表面処理を行う。これにより、図3(b)に示したように無機配向層15表面に残存するシラノール基と第2のシランカップリング剤の加水分解基(メトキシ基)とが反応し、第2のシランカップリング剤が付着する。また、第1のシランカップリング剤由来のシラノール基にも第2のシランカップリング剤の加水分解基が反応し、第2のシランカップリング剤が付着する。よって、図4(c)に示すように無機配向層15表面に直鎖アルキル鎖R3(エチル基)を有する第2の表面層16Bが形成される。
その後、第2のシランカップリング剤による表面処理を行った透明基板10Aを洗浄し、さらに乾燥することにより、素子基板10を得る。
For example, vinyloxytriethylsilane is used as the second silane coupling agent, and the inside of the chamber is heated to 130 ° C. for surface treatment. As a result, as shown in FIG. 3B, the silanol group remaining on the surface of the
Thereafter, the
ここで、この第2のシランカップリング剤による表面処理に際しては、その処理温度、すなわち加熱温度を、第1のシランカップリング剤による表面処理の際の処理温度より低くしている。これは、第2のシランカップリング剤で表面処理した際、無機配向層15から第1のシランカップリング剤由来の化合物が脱離してしまうのを防止するためである。ただし、このような脱離がほとんど起こらない場合には、必ずしも前記した処理温度条件に限定されるものではない。
なお、前記の第1のカップリング剤による表面処理、第2のカップリング剤による表面処理では、いずれも処理法として気相法を採用したが、浸漬法(ディップコート法)やスプレーコート法などの液相法を採用してもよい。
Here, in the surface treatment with the second silane coupling agent, the treatment temperature, that is, the heating temperature, is set lower than the treatment temperature in the surface treatment with the first silane coupling agent. This is to prevent the compound derived from the first silane coupling agent from being detached from the
In the surface treatment with the first coupling agent and the surface treatment with the second coupling agent, a vapor phase method is employed as the treatment method, but an immersion method (dip coating method), a spray coating method, or the like. The liquid phase method may be employed.
このように、透明基板20Aに第1の配向膜を形成して対向基板20を得、また、透明基板10Aに第2の配向膜を形成して素子基板10を得たら、これら基板10、20間に公知の手法で液晶を注入し、液晶パネルを作製する。その後、偏光板14、23等を設けることにより、図1に示した液晶表示装置1を形成する。なお、このような液晶表示装置1を形成することにより、該液晶表示装置1を構成する多数の液晶表示素子も同時に形成することができる。
As described above, when the first alignment film is formed on the
このような製造方法によれば、真空プロセスによって形成した無機配向層15に対し、第1のシランカップリング剤で表面処理し、その後、加水分解基を一つだけ有する第2のシランカップリング剤で表面処理して第2の配向膜を形成する。したがって、無機配向層15に第1のシランカップリング剤で表面処理した後、その表面にシラノール基が多く残ってしまっても、その後第2のシランカップリング剤で表面処理するので、残存したシラノール基に第2のシランカップリング剤を反応させることで活性点となる残存シラノール基を十分に少なくすることができる。
According to such a manufacturing method, the
また、第1のシランカップリング剤が加水分解基を複数有しているため、この第1のシランカップリング剤由来の新たなシラノール基が形成されることがあるものの、この第1のシランカップリング剤由来のシラノール基に対しても、第2のシランカップリング剤が反応するため、活性点となる残存シラノール基を少なくすることができる。
さらに、第2のシランカップリング剤は加水分解基を一つだけ有しているため、この加水分解基がSiO2膜表面のシラノール基や第1のシランカップリング剤由来のシラノール基に反応した後には、この第2のシランカップリング剤由来の新たなシラノール基は形成されなくなる。
Further, since the first silane coupling agent has a plurality of hydrolyzable groups, a new silanol group derived from the first silane coupling agent may be formed. Since the second silane coupling agent also reacts with the silanol group derived from the ring agent, it is possible to reduce the residual silanol group serving as the active site.
Furthermore, since the second silane coupling agent has only one hydrolyzing group, this hydrolyzing group reacted with the silanol group on the SiO 2 film surface or the silanol group derived from the first silane coupling agent. Later, no new silanol group derived from the second silane coupling agent is formed.
したがって、本実施形態の製造方法によれば、第2の配向膜にシラノール基が多く残存し、これに起因して素子基板10と対向基板20との間(画素電極12と共通電極21との間)で経時的な電圧変化が生じるのを抑制することができる。よって、表示特性の経時的な変化を抑制することができ、これにより信頼性の高い液晶表示装置(液晶表示素子)を製造することができる。
Therefore, according to the manufacturing method of the present embodiment, many silanol groups remain in the second alignment film, and due to this, between the
また、対向基板20の配向膜(第1の配向膜22)を、塗布材料を用いた塗布プロセスで形成しているので、コストの低減化を図ることができる。
さらに、第2のシランカップリング剤で表面処理する際の処理温度を、第1のシランカップリング剤で表面処理する際の処理温度より低くしているので、第2のシランカップリング剤で表面処理した際、無機配向層15から第1のシランカップリング剤由来の化合物が脱離してしまうことを防止することができ、したがって直鎖アルキル基R2による機能を確保することができる。
また、このような製造方法で得られた液晶表示装置(液晶表示素子)にあっては、基板間(電極間)での経時的な電圧変化が抑制されているため、表示特性の経時的な変化も抑制され、したがって信頼性の高いものとなる。
In addition, since the alignment film (first alignment film 22) of the
Furthermore, since the treatment temperature at the surface treatment with the second silane coupling agent is lower than the treatment temperature at the surface treatment with the first silane coupling agent, the surface is treated with the second silane coupling agent. When the treatment is performed, it is possible to prevent the compound derived from the first silane coupling agent from being detached from the
In addition, in the liquid crystal display device (liquid crystal display element) obtained by such a manufacturing method, the temporal change in voltage between the substrates (between the electrodes) is suppressed, so that the display characteristics over time are reduced. Changes are also suppressed and are therefore more reliable.
なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、前記実施形態では本発明を透過型の液晶表示装置に適用したが、本発明はこれに限定されることなく、反射型や半透過型の液晶表示装置(液晶表示素子)とその製造方法にも適用可能である。
また、前記実施形態では、塗布プロセスによって対向基板20の配向膜を形成し、真空プロセスを用いて素子基板10の配向膜を形成したが、逆に、真空プロセスを用いて対向基板20の配向膜を形成し、塗布プロセスによって素子基板10の配向膜を形成してもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
For example, although the present invention is applied to a transmissive liquid crystal display device in the above embodiment, the present invention is not limited to this, and a reflective or transflective liquid crystal display device (liquid crystal display element) and a method for manufacturing the same. It is also applicable to.
In the embodiment, the alignment film of the
[実験例]
本発明に係る液晶パネルとして、前記実施形態の製造方法と同様の方法によって実施例品と比較例品を作製した。
ただし、実施例品の製造では、第1のシランカップリング剤として加水分解基が三つであるデシルトリメトキシシランを用い、第2のシランカップリング剤として加水分解基が一つであるトリメチルメトキシシランを用いた。
また、比較例品の製造では、第1のシランカップリング剤としてデシルトリメトキシシランを用い、第2のシランカップリング剤として加水分解基が三つであるメチルトリメトキシシランを用いた。
[Experimental example]
As the liquid crystal panel according to the present invention, an example product and a comparative example product were manufactured by the same method as the manufacturing method of the above embodiment.
However, in the manufacture of the example product, decyltrimethoxysilane having three hydrolyzing groups is used as the first silane coupling agent, and trimethylmethoxy having one hydrolyzing group as the second silane coupling agent. Silane was used.
In the production of the comparative product, decyltrimethoxysilane was used as the first silane coupling agent, and methyltrimethoxysilane having three hydrolyzable groups was used as the second silane coupling agent.
得られた実施例品、比較例品の液晶パネルをそれぞれ所定時間エージング試験した。
エージング開始時のVcomとエージング終了時(所定時間経過後)のVcomとをそれぞれ測定し、その変化量を求めた。求めたVcom変化量を図5に示す。
図5に示すように、第2のシランカップリング剤として加水分解基が一つのものを用いた実施例品では、比較例品に比べてVcom変化量が小さく、したがって基板間(電極間)での経時的な電圧変化が抑制されていることが確認された。
The obtained Example product and Comparative product liquid crystal panel were each subjected to an aging test for a predetermined time.
Vcom at the start of aging and Vcom at the end of aging (after a predetermined time) were measured, and the amount of change was determined. FIG. 5 shows the obtained Vcom change amount.
As shown in FIG. 5, the example product using one hydrolyzable group as the second silane coupling agent has a smaller amount of change in Vcom than the comparative example product, and therefore between the substrates (between the electrodes). It was confirmed that the voltage change with time was suppressed.
1…液晶表示装置、10…素子基板、12…画素電極、13…第2の配向膜、15…無機配向層、16…表面層、16A…第1の表面層、16B…第2の表面層、20…対向基板、21…共通電極、30…液晶層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Liquid crystal display device, 10 ... Element substrate, 12 ... Pixel electrode, 13 ... 2nd orientation film, 15 ... Inorganic orientation layer, 16 ... Surface layer, 16A ... 1st surface layer, 16B ...
Claims (4)
前記一対の基板のうちの一方の基板の前記液晶層側に、塗布プロセスによって直鎖アルキル鎖を有した第1の配向膜を形成する工程と、
前記一対の基板のうちの他方の基板の前記液晶層側に、真空プロセスによって無機配向層を形成し、その後前記無機配向層をシランカップリング剤で表面処理して第2の配向膜を形成する工程と、を備え、
前記第2の配向膜を形成する工程は、前記無機配向層を、直鎖アルキル鎖を有した第1のシランカップリング剤で表面処理する工程と、その後、直鎖アルキル鎖を有し、かつ加水分解基を一つだけ有する第2のシランカップリング剤で表面処理する工程と、を備えていることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。 A liquid crystal display device comprising a liquid crystal layer sandwiched between a pair of opposing substrates, and an alignment film provided between the pair of substrates and the liquid crystal layer, respectively,
Forming a first alignment film having a linear alkyl chain on the liquid crystal layer side of one of the pair of substrates by a coating process;
An inorganic alignment layer is formed on the liquid crystal layer side of the other of the pair of substrates by a vacuum process, and then the inorganic alignment layer is surface-treated with a silane coupling agent to form a second alignment film. A process,
The step of forming the second alignment film includes a step of surface-treating the inorganic alignment layer with a first silane coupling agent having a linear alkyl chain, and thereafter having a linear alkyl chain, and And a step of surface-treating with a second silane coupling agent having only one hydrolyzable group.
前記一対の基板のうちの一方の基板の前記液晶層側に、塗布プロセスによって形成された直鎖アルキル鎖を有する第1の配向膜を有し、前記一対の基板のうちの他方の基板の前記液晶層側に、第2の配向膜を有してなり、
前記第2の配向膜は、真空プロセスによって形成された無機配向層が、直鎖アルキル鎖を有した第1のシランカップリング剤で表面処理され、その後、直鎖アルキル鎖を有し、かつ加水分解基を一つだけ有する第2のシランカップリング剤で表面処理されてなることを特徴とする液晶表示素子。 A liquid crystal display element comprising a liquid crystal layer sandwiched between a pair of opposing substrates, each having an alignment film provided between the pair of substrates and the liquid crystal layer,
A first alignment film having a linear alkyl chain formed by a coating process is provided on the liquid crystal layer side of one of the pair of substrates, and the other of the pair of substrates has the first alignment film. It has a second alignment film on the liquid crystal layer side,
In the second alignment film, an inorganic alignment layer formed by a vacuum process is surface-treated with a first silane coupling agent having a linear alkyl chain, and then has a linear alkyl chain and is hydrolyzed. A liquid crystal display element characterized by being surface-treated with a second silane coupling agent having only one decomposing group.
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